鋁硅酸鹽玻璃離子交換增強(qiáng)行為的研究.pdf

1、鋁硅酸鹽玻璃具有良好的機(jī)械性能、光學(xué)性能和化學(xué)鋼化性能等，經(jīng)離子交換后增強(qiáng)效果顯著，甚至在減薄的情況下依然保持著高強(qiáng)度，這使得鋁硅酸鹽玻璃的化學(xué)增強(qiáng)成為前沿學(xué)科關(guān)注的熱點(diǎn)。
　　本文采用市面上幾種不同鋁含量的鋁硅酸鹽平板玻璃，在低于玻璃Tg溫度下對其進(jìn)行離子交換增強(qiáng)處理。測量處理后玻璃的表面應(yīng)力（CS）、應(yīng)力層深度(DOL)、抗折強(qiáng)度(σBb)和顯微硬度(Hv)等，并結(jié)合XPS和EDS等微觀測試手段，研究了玻璃成分、熔鹽配方和離子

2、交換制度與增強(qiáng)效果之間的關(guān)系，并且比較了一步處理法和兩步處理法的增強(qiáng)效果，還探討了高溫?zé)崽幚韺﹄x子交換增強(qiáng)玻璃的影響。研究結(jié)果表明：
　　1.玻璃成分對增強(qiáng)性能的影響。Al2O3≥5.5wt.％、Na2O≥12wt.％、同時(shí)Na2O含量大于 K2O含量的鋁硅酸鹽玻璃具有良好的離子交換性能。其表面應(yīng)力(CS)可以達(dá)到940MPa以上，應(yīng)力層深度(DOL)120μm以上。從XPS和EDS對離子分布的測試分析中也可以看出，高堿鋁硅酸鹽玻

3、璃的離子交換量大，交換深度深。
　　2.最佳熔鹽配方。高堿鋁硅酸鹽玻璃在440℃溫度下交換6h，最佳熔鹽配比為KNO3：K2CO3：氧化鋁：硅藻土=100:4:1.5:2（wt.％），抗折強(qiáng)度可達(dá)到853.12MPa,是未使用添加劑時(shí)交換玻璃抗折強(qiáng)度（532.54MPa）的1.6倍。
　　3.交換制度對增強(qiáng)性能的影響。對玻璃進(jìn)行一次離子交換時(shí)，溫度和時(shí)間顯著地影響玻璃增強(qiáng)效果。隨著交換時(shí)間的延長和溫度的提高，玻璃的表面應(yīng)力先

4、增大后減小，應(yīng)力層深度逐漸增加。玻璃的機(jī)械性能與表面應(yīng)力和應(yīng)力層深度均有關(guān)，合適的交換溫度和時(shí)間使玻璃同時(shí)獲得較高的表面應(yīng)力和應(yīng)力層深度，才有助于強(qiáng)度的提高。鋁硅酸鹽玻璃的最佳交換溫度范圍為420～460℃，最佳交換時(shí)間范圍為8～12h。
　　4.兩步法與一步法的比較。玻璃進(jìn)行兩步離子交換后的表面應(yīng)力、應(yīng)力層深度和機(jī)械性能均大于一次離子交換后的玻璃。兩步法先在高溫下做短時(shí)處理（490℃3h）獲得較深的應(yīng)力層，再在低溫下做長時(shí)間處理